一种具有三元复合梯度结构的复合片基体产品的制作方法
【专利说明】-种具有H元复合梯度结构的复合片基体产品 【技术领域】
[0001] 本发明设及材料领域，尤其设及一种具有=元复合梯度结构的复合片基体产品， 具体设及一种硬质合金-超硬材料(具体指聚晶金刚石PCD、聚品立方氮化棚CBN)复合片用 的新型硬质合金复合片基体。 【【背景技术】】
[0002] 已知的，硬质合金-超硬材料复合片是基于硬质合金和超硬材料发展出来的一类 新型复合材料，最早由美国GE的技术人员发明。由于此类材料兼具硬质合金的初性和超硬 材料的硬度，大幅度的提高了工具的效能及使用寿命。
[0003] 经过国内超硬材料行业广大科技人员的努力，硬质合金-超硬材料复合片的国产 化工作取得了非常大的进步，在诸多应用场合上取代了国外的进口产品。然而，与国外先进 的硬质合金-超硬材料复合片产品相比，国产硬质合金-超硬材料复合片在使用过程中更容 易出现裂纹、崩边、脱层等缺陷，其使用寿命往往相当于进口产品的50%~70%之间。除此 之外，国产复合片在稳定性上仍然处于劣势，经常出现单个产品性能与进口产品性能相当， 批次产品与进口产品性能相差极大的情况。
[0004] 为了克服上述技术问题，本领域技术人员通常从W下几个方面着手：
[0005] (1)改善合成的溫度、压力场的均匀性；
[0006] (2)采用多层超硬材料结构增强界面稳定性；
[0007] (3)采用特定的界面结构来增强稳定性。
[000引从硬质合金生产企业的角度来讲，根据复合片的需求开发特定的硬质合金基体就 显得尤为重要，运也成为了现阶段硬质合金技术人员在复合片基体产品上的重要诉求。 【
【发明内容】
】
[0009] 为了克服【背景技术】中存在的不足，本发明提供了一种具有=元复合梯度结构的复 合片基体产品，本发明通过调整合金基体局部的材质特性，提高了合金基体与超硬材料层 的的结合强度，有效减少了分层、崩边、裂纹等缺陷，使得生产出来的复合片基体产品具有 更好的稳定性，从而拥有更强的市场竞争力。
[0010] 为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
[0011] 一种具有=元复合梯度结构的复合片基体产品，包括上部=元复合梯度层和下部 均质硬质合金基体，所述上部=元复合梯度层平整均匀的覆盖于下部均质硬质合金基体之 上，所述上部=元复合梯度层的化学成分按百分比包括如下成分：
[0012] C 5.42% ~5.6%;
[0013] Co 8%~13%;
[0014] 余量为W;
[0015] 所述下部均质硬质合金基体的化学成分按百分比包括如下成分：
[0016] C 5.32%~5.5%;
[0017] Co 10%~16%;
[001引余量为W。
[0019] 所述的具有=元复合梯度结构的复合片基体产品，所述上部=元复合梯度层选取 具有高C、低Co、细WC晶粒特征的合金作为=元复合梯度层。
[0020] 所述的具有=元复合梯度结构的复合片基体产品，所述上部=元复合梯度层中梯 度层内细颗粒WC的晶粒度为0.4~1.5。
[0021] 所述的具有=元复合梯度结构的复合片基体产品，所述下部均质硬质合金基体中 下部基体内中粗颗粒WC的晶粒度为1.5~5.0。
[0022] 所述的具有=元复合梯度结构的复合片基体产品，所述上部=元复合梯度层的厚 度为0.5mm~2mm。
[0023] 所述的具有=元复合梯度结构的复合片基体产品，所述下部均质硬质合金基体的 外径为4 8mm~4 30mm。
[0024] 所述的具有=元复合梯度结构的复合片基体产品，所述下部均质硬质合金基体的 厚度为2mm~14mm。
[0025] 采用如上所述的技术方案，具有如下有益效果：
[0026] 本发明所述的一种具有=元复合梯度结构的复合片基体产品，本发明通过调整合 金基体局部的材质特性，提高了合金基体与超硬材料层的的结合强度，有效减少了分层、崩 边、裂纹等缺陷，使得生产出来的复合片基体产品具有更好的稳定性，从而拥有更强的市场 竞争力，本发明W改善合金基体与超硬材料匹配性为出发点，调整合金基体C梯度、Co梯度、 WC颗粒梯度等因素，在常规均匀材质硬质合金复合片基体界面上设计一个新的S元复合梯 度层，并制作成特定的界面形状，使得该合金层与基体、超硬聚晶层均有良好的结合强度与 应力分布状态，从而使W该复合梯度结构硬质合金基体为基础制备的复合片具有更加优良 的使用寿命。 【【附图说明】】
[0027] 图1为本发明的纵剖面结构示意图；
[0028] 图2为本发明梯度层与基体交界处放大500倍的金相图；
[0029] 在图中：1、梯度层内细颗粒WC;2、上部=元复合梯度层；3、下部基体内中粗颗粒 WC;4、下部均质硬质合金基体。 【【具体实施方式】】
[0030] 通过下面的实施例可W更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
[0031] 结合附图1~2,本发明所述的一种具有=元复合梯度结构的复合片基体产品，包 括上部立元复合梯度层2和下部均质硬质合金基体4,针对外径4 8mm~4 30mm不同的复合 片基体，根据所需的复合片基体界面结构确定上部=元复合梯度层2的尺寸，确定上部=元 复合梯度层的厚度为0.5mm-2mm;进一步，为确保上部=元复合梯度层2与下部均质硬质合 金基体4的结合稳定均匀，所述上部=元复合梯度层2平整均匀的覆盖于下部均质硬质合金 基体4之上，避免因厚薄不均匀导致超硬聚晶层与硬质合金基体结合强度不稳定的现象;通 过侧推送料机构实现二次布料，使上部=元复合梯度层2与下部均质硬质合金基体4的平整 结合，二者的界面在放大500倍后仍然体现出良好的平直特性，具体见附图2;所述上部=元 复合梯度层2的化学成分按百分比包括如下成分：
[0032] C 5.42% ~5.6%;
[0033] Co 8%~13%;
[0034] 余量为W;
[0035] 所述下部均质硬质合金基体4的化学成分按百分比包括如下成分：
[0036] C 5.32%~5.5%;
[0037] Co 10%~16%;
[003引余量为W。
[0039] 其中所述上部=元复合梯度层2选取具有高C、低Co、细WC晶粒特征的合金作为= 元复合梯度层。其中所述上部=元复合梯度层2中梯度层内细颗粒WCl的晶粒度为0.4~ 1.5。其中所述下部均质硬质合金基体4中下部基体内中粗颗粒WC3的晶粒度为1.5~5.0。其 中所述下部均质硬质合金基体4的厚度为2mm~14mm。
[0040] 本发明具有优良的结合强度，经过试验验证，选取具有高C、低Co、细WC晶粒特征的 合金作为=元复合梯度层，复合梯度层与下部基体的化学成分及组织结构特征见表1。
[0041] 表1梯度层与下部基体的化学成分及晶粒粒度
[0043] 选择具有W上特征的合金作为复合梯度层，主要是为了实现:复合梯度层在复合 片合成过程中，通过毛细管作用实现Co相向超硬材料聚晶层及基体的迁移，高C成分会降低 液相出现的难度，降低液相的粘度，有利于该过程的实现;复合梯度层中的Co发生迁移后， 既有利于聚晶金刚石层的再结晶生长，也降低了梯度层中的Co含量，从而提高了复合片的 热稳定性;与此同时，WC晶粒均匀细小的界面结构具有更好的协调变形作用，从而使梯度层 与超硬聚晶层具有更高的结合强度。
[0044] 本发明的具体实施例如下：
[0045] 实施实例1:
[0046] 下部均质硬质合金基体4尺寸为17.2mm,总局度为12.3mm,上部二兀夏合梯度层 2厚度为2mm。其成分设计及WC粒度设计见表2。
[0047] 表2实例1成分及结构设计
[0049] 实施实例2:
[0化0]下部均质硬质合金基体4尺寸为d) 14.6mm，总高度为7.2mm，上部S元复合梯度层2 厚度为1mm。其成分设计及WC粒度设计见表3。
[0051]表3实例2成分及结构设计
[0053] 本发明具有优点：
[0054] 本发明通过调整合金基体局部的材质特性，提高了合金基体与超硬材料层的的结 合强度，有效减少了分层、崩边、裂纹等缺陷，使得生产出来的复合片产品具有更好的稳定 性，从而拥有更强的竞争力。
[0055] 本发明未详述部分为现有技术。
[0056] 为了公开本发明的目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的。但是应了 解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
【主权项】
1. 一种具有三元复合梯度结构的复合片基体产品，包括上部三元复合梯度层（2)和下 部均质硬质合金基体(4)，其特征是:所述上部三元复合梯度层（2)平整均匀的覆盖于下部 均质硬质合金基体(4)之上，所述上部三元复合梯度层(2)的化学成分按百分比包括如下成 分： C 5.42%~5.6%; Co 8%~13%; 余量为W; 所述下部均质硬质合金基体(4)的化学成分按百分比包括如下成分： C 5.32%~5.5%; Co 10%~16%; 余量为W。2. 根据权利要求1所述的具有三元复合梯度结构的复合片基体产品，其特征是:所述上 部三元复合梯度层(2)选取具有高C、低Co、细WC晶粒特征的合金作为三元复合梯度层。3. 根据权利要求1所述的具有三元复合梯度结构的复合片基体产品，其特征是:所述上 部三元复合梯度层(2)中梯度层内细颗粒WC( 1)的晶粒度为0.4~1.5。4. 根据权利要求1所述的具有三元复合梯度结构的复合片基体产品，其特征是:所述下 部均质硬质合金基体(4)中下部基体内中粗颗粒WC (3)的晶粒度为1.5~5.0。5. 根据权利要求1所述的具有三元复合梯度结构的复合片基体产品，其特征是:所述上 部三元复合梯度层(2)的厚度为0.5mm~2mm。6. 根据权利要求1所述的具有三元复合梯度结构的复合片基体产品，其特征是:所述下 部均质硬质合金基体(4)的外径为Φ 8mm~Φ 30mm。7. 根据权利要求1所述的具有三元复合梯度结构的复合片基体产品，其特征是:所述下 部均质硬质合金基体(4)的厚度为2mm~14mm。
【专利摘要】一种具有三元复合梯度结构的复合片基体产品，涉及材料领域，本发明通过调整合金基体局部的材质特性，提高了合金基体与超硬材料层的结合强度，有效减少了分层、崩边、裂纹等缺陷，使得生产出来的复合片基体产品具有更好的稳定性，从而拥有更强的市场竞争力，本发明以改善合金基体与超硬材料匹配性为出发点，调整合金基体C梯度、Co梯度、WC颗粒梯度等因素，在常规均匀材质硬质合金复合片基体界面上设计一个新的三元复合梯度层，并制作成特定的界面形状，使得该合金层与基体、超硬聚晶层均有良好的结合强度与应力分布状态，从而使以该复合梯度结构硬质合金基体为基础制备的复合片具有更加优良的使用寿命。
【IPC分类】B32B9/00, B32B15/04, C22C32/00, C22C27/04
【公开号】CN105644026
【申请号】
【发明人】谢屹峰, 杨跃, 程鑫, 石玉斌, 何云南
【申请人】洛阳金鹭硬质合金工具有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2015年12月25日